Elektronik ürünlerin temel bileşeni olan baskılı devre kartının performansı ve kalitesi, tüm elektronik cihazın stabilitesini ve güvenilirliğini doğrudan etkiler. Baskılı devre kartı performansını etkileyen birçok faktör arasında antioksidan kapasitesi çok önemli bir rol oynar.
Baskılı devre kartı oksidasyonunun tehlikeleri
Baskılı devre kartı esas olarak iletken hatlardan, yalıtkan alt tabakalardan ve çeşitli elektronik bileşenlerden oluşur. Günlük kullanımda baskılı devre kartları çeşitli çevresel zorluklarla karşı karşıyadır ve oksidasyon göz ardı edilemeyecek bir konudur. Havadaki oksijen, nem ve çeşitli kirleticiler, baskılı devre kartı üzerindeki metal tellerle kimyasal reaksiyona girerek korozyona, direncin artmasına, kararsız sinyal iletimine ve hatta devre arızalarına neden olabilir. Özellikle baskılı devre kartları üzerindeki bakır folyo hatları ve lehim bağlantıları gibi metal parçalar havadaki oksijenle reaksiyona girerek oksit oluşumuna yatkındır. Bu oksitler devrenin direncini artırabilir, sinyal iletiminin kararlılığını bozabilir ve ciddi durumlarda devrenin kopmasına neden olarak elektronik cihazların düzgün çalışmamasına neden olabilir.
Antioksidan süreci
Organik lehim maskesi
Bu, metali havadan izole etmek için baskılı devre kartının yüzeyinde ince bir organik koruyucu film oluşturan, böylece anti-oksidasyon etkileri uygulayan, yaygın olarak kullanılan bir baskılı devre kartı oksidasyon önleme işlemidir. Prensip kimyasal bağlanmaya dayanmaktadır. Ortak azol OSP'yi örnek olarak alırsak, alkilbenzimidazol organik bileşiklerindeki imidazol halkası, bakır atomlarının 3d10 elektronları ile bir koordinasyon bağı oluşturabilir, böylece alkilbenzimidazol bakır kompleksleri oluşturabilir. Kaplama işlemi sırasında ilk olarak bakırı adsorbe eden ilk katman kaplanır. Daha sonra organik kaplama moleküllerinin ikinci katmanı bakır ile birleşir ve bu işlem birçok organik kaplama molekülünden oluşan bir yapı oluşana kadar tekrarlanır. Son olarak bakır yüzeyinde kalınlığı genellikle 0,2-0,5 µm arasında olan koruyucu bir tabaka oluşur. Ayrıca, uzun{13}}zincirli alkil grupları arasındaki van der Waals çekimi ve benzen halkalarının varlığı nedeniyle, bu koruyucu film iyi bir ısı direncine ve yüksek ayrışma sıcaklığına sahiptir. Sonraki yüksek sıcaklıktaki kaynak ortamında, bu koruyucu film, akı tarafından kolayca ve hızlı bir şekilde çıkarılabilir ve açıkta kalan temiz bakır yüzeyinin çok kısa bir süre içinde erimiş lehimle birleşmesine ve sağlam bir lehim bağlantısı oluşturmasına olanak tanır.
OSP sürecinin maliyeti nispeten düşüktür ve karmaşık değildir, bu da onu büyük-ölçekli üretim için uygun kılar. Ve lehim pedlerinin iyi lehimlenebilirliğini koruyarak kaynak kalitesini garanti eder. Ancak aynı zamanda sınırlı depolama süresine yol açan ince film tabakası gibi bazı dezavantajlara da sahiptir ve antioksidan performansı zamanla ve çevresel değişikliklerle azalmaya eğilimlidir; Yüksek sıcaklıklara dayanıklı değildir, birden fazla-yüksek sıcaklık işlemi gerektiren senaryolarla sınırlıdır; Kaynak ortamının katı gereksinimleri vardır ve ortamdaki yabancı maddeler ve nem gibi faktörler, performansını ve kaynak kalitesini kolaylıkla etkileyebilir.
daldırma altın
Bu işlem, baskılı devre kartının yüzeyine bir nikel tabakasının ve ardından bir altın tabakasının biriktirilmesini içerir. Nikel tabakası bakırın difüzyonunu engelleyebilir, altın tabakası ise iyi bir oksidasyon direncine ve iletkenliğe sahiptir, bu da baskılı devre kartının performansını ve güvenilirliğini önemli ölçüde artırabilir. Kimyasal nikel altın kaplama işlemi, kurşunsuz lehimlemeye uygun, yeterli miktarda tedarik ile olgunlaşmıştır. Bununla birlikte, bu işlemin maliyeti nispeten yüksektir ve yüzeyi yeterince pürüzsüz değildir, bu da ince adımlı bileşenlerin kaynaklanmasını zorlaştırır.
Gümüşe daldırma
Daldırma gümüş işlemi, iyi oksidasyon direnci ve lehimlenebilirlik ile baskılı devre kartının yüzeyinde düzgün bir gümüş tabaka oluşturabilir. Gümüş tabakanın altında nikel tabakası yoktur, dolayısıyla daldırma gümüşü fiziksel olarak akımsız nikel kaplama/daldırma altını kadar güçlü değildir. Gümüş katman havaya maruz kaldığında ikili bir korozyon yoluna maruz kalacaktır. Kimyasal oksidasyon altında 4Ag+O ₂ → 2Ag ₂ O, sarı bir oksit tabakası oluşturur; Elektrokimyasal korozyonda Ag+H ₂ S → Ag ₂ S+H ₂ siyah sülfitler üretir. Bağıl nem %60'ın üzerinde olduğunda korozyon hızı üç kat artar; Kauçuk ambalaj gibi kükürt{10}}içeren ortamlarda 24 saat içinde gözle görülür renk değişimi meydana gelebilir.
kalay daldırma
Daldırma kalay işlemi, baskılı devre kartının yüzeyini, oksidasyonu etkili bir şekilde önleyebilen bir kalay tabakasıyla kaplar. Tüm lehim malzemeleri kalay bazlı olduğundan kalay tabakası her tür lehimle eşleşebilir. Bununla birlikte, geçmişte kalay daldırma işlemleriyle işlenmiş baskılı devre kartları kalay bıyık sorunlarına yatkındı ve lehimleme işlemi sırasında kalay bıyık ve kalay migrasyonu olguları güvenilirlik açısından ciddi zorluklar yaratıyordu. Daha sonra kalay daldırma çözeltisine organik katkı maddeleri eklenerek kalay katmanının yapısı parçacıklara dönüştürüldü, yukarıda-belirtilen zorlukların üstesinden gelindi ve iyi bir termal stabiliteye ve kaynaklanabilirliğe sahip oldu. Daldırma teneke levhaların depolama süresi sınırlıdır ve çok uzun süre bırakılırsa yüzeylerinde kalay oksit oluşacak ve bu da kaynak etkisini etkileyecektir. Bu nedenle montaj sırasında daldırma kalay sırasına kesinlikle uymak gerekir.
Sıcak hava tesviyesi
Sıcak hava lehim tesviye olarak da bilinen sıcak hava tesviyesi, genellikle kalay püskürtme olarak bilinir. Bu işlem, baskılı devre kartının yüzeyinin erimiş kalay kurşun lehimle kaplanmasını içerir. Günümüzde kurşunsuz lehim daha yaygın olarak kullanılmaktadır ve daha sonra lehimi düzleştirmek için basınçlı havanın ısıtılması kullanılarak bakır oksidasyonuna etkili bir şekilde direnç gösterebilen ve mükemmel lehimlenebilirlik sağlayabilen bir kaplama tabakası oluşturulmaktadır. Sıcak iklimlendirme sırasında lehim bakır ile etkileşime girerek bağlantı noktasında bakır kalay metali bileşikleri oluşturur. Bu işlem dikey ve yatay tiplere ayrılmıştır; yatay tip, daha düzgün kaplaması ve otomatik üretim gerçekleştirme kabiliyeti nedeniyle genellikle daha avantajlı kabul edilir. Genel işlem, mikro aşındırma, ön ısıtma, akı kaplama, kalay püskürtme ve temizleme gibi adımları içerir. Sıcak hava tesviye işlemi olgunlaşmıştır, nispeten düşük maliyetlidir ve iyi lehimlenebilirliğe sahiptir ve kurşunsuz lehimlemeye uygundur. Ancak yüzeyi yeterince pürüzsüz değildir, bu da ince adımlı bileşenlerin kaynaklanmasını zorlaştırır ve HASL içeren kurşun da çevresel sorunlarla karşı karşıyadır.
esmerleşme
Çok-katmanlı baskılı devre kartlarının üretim sürecinde, iç bakır folyo yüzeyinin işlenmesi, laminasyon kalitesi açısından çok önemlidir ve kahverengileştirme işlemi bu süreçte yaygın olarak kullanılır. Çekirdeği, kimyasal oksidasyon reaksiyonu yoluyla bakırın yüzeyinde gözenekli bir bakır oksit veya bakır oksit filmi oluşturmaktır. Alkali oksidanların etkisi altında bakır, 2Cu+4OH ⁻+O ₂ → 2CuO+2H ₂ O, Cu+2OH ⁻ → Cu ₂ O+H ₂ O+2e ⁻ ile oksidasyon reaksiyonlarına girer. Esmerleşme sadece iyi bir ara katman yapışması sağlamakla kalmaz, aynı zamanda laminasyon işlemi sırasında reçinenin ıslanabilirliğini de arttırır. Esmerleşen tabakanın gözenekli yapısı, bakır folyonun yüzey alanını arttırır, reçinenin nüfuz etmesini ve mikro gözeneklerin doldurulmasını kolaylaştırır, laminasyon sırasında kabarcıkları ve boşlukları azaltır, mekanik ısırma kuvvetini arttırır ve delaminasyon riskini azaltır. Baskılı devre kartı termal döngüsünde stres daha eşit bir şekilde dağıtılabilir, bu da katmanlar arası delaminasyon riskini azaltır ve termal güvenilirliği artırır. Bununla birlikte, uygun şekilde kontrol edilmezse aşırı oksidasyon, oksit katmanını çok kalın ve kırılgan hale getirerek bağlanma gücünü azaltabilir; Düzensiz oksidasyon, tutarsız bağlama kuvvetlerine yol açabilir ve delaminasyon riskini artırabilir; Daha sonraki laminasyondan önce kahverengileşme kirlenirse, örneğin nem emilimi veya oksit filmin hasar görmesi, aynı zamanda bağlanma mukavemetinde bir azalmaya da yol açabilir. Oksit tabakasının kalınlığı genellikle 0,5-1,5 μm arasında kontrol edilir. Kızarmadan önce, bakır yüzeyinden oksitleri ve organik kirleticileri uzaklaştırmak için bir mikro aşındırma işlemi kullanılır. Yaygın mikro dağlama maddeleri arasında amonyum persülfat veya sülfürik asit hidrojen peroksit sistemleri bulunur. Esmerleşme çözeltileri genellikle alkalin oksidanlardan, kompleks yapıcı maddelerden ve stabilizatörlerden oluşur. Oksidasyon koşullarını ayarlayarak, bağlanma mukavemeti ve ısı direncini dengelemek için en uygun CuO/CuO₂ O oranı elde edilebilir. Kahverengileşmeden sonra bakır yüzeyi neme veya hava kirliliğine yatkındır ve genellikle laminasyondan önce, nem emilimini önlemek ve bozulma riskini azaltmak için benzotriazol veya diğer antioksidanlar gibi organik koruyucu katmanların yanı sıra kuru depolamanın kullanılması gibi antioksidan işlemi gerektirir.
Baskılı devre kartının oksidasyon direncine yönelik diğer önlemler
Malzeme seçimi
Baskılı devre kartı üretim sürecinde yüksek-kaliteli alt tabakaların ve metal malzemelerin seçilmesi çok önemlidir. Yüksek kaliteli alt tabakalar, oksijen ve nemin istilasını etkili bir şekilde engelleyebilen iyi yalıtım özelliklerine ve stabiliteye sahiptir. Bu arada altın kaplama, gümüş kaplama, kalay kaplama vb. gibi güçlü antioksidan özelliklere sahip metal kaplamalar kullanılarak metal devrenin yüzeyinde koruyucu bir film oluşturularak oksidasyon reaksiyonlarının meydana gelmesi önlenebilir. Örneğin, bazı üst düzey elektronik ürünlerde, baskılı devre kartının genel oksidasyon direncini arttırmak için bakır kaplı malzeme olarak mükemmel oksidasyon direncine sahip oksijensiz bakır folyo kullanılır.
çevre kontrolü
Makul depolama ve kullanım ortamı, baskılı devre kartının oksidasyon direnci için aynı derecede önemlidir. Baskılı devre kartlarının üretimi, depolanması ve taşınması sırasında, baskılı devre kartlarının yüksek sıcaklık, yüksek nem veya kirletici içeren ortamlara maruz kalmaması için ortamın sıcaklığı ve nemi sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir. Örneğin, baskılı devre kartlarını bağıl nemin %40 -%60 arasında kontrol edildiği ve sıcaklığın 20 derece -25 derece arasında kontrol edildiği bir ortamda saklamak oksidasyon oranını etkili bir şekilde yavaşlatabilir. Aynı zamanda baskılı devre kartının bütünlüğünü ve kalitesini sağlamak için neme dayanıklı torbalar, köpük kutular vb. gibi uygun ambalaj malzemelerini seçin. Henüz monte edilmemiş çıplak tahtalar için vakumlu paketleme, havayı etkili bir şekilde izole edebilir ve oksidasyon sürecini geciktirebilir.
Üretim süreci optimizasyonu
Üretim sürecinin optimize edilmesi, baskılı devre kartlarının üretim süreci sırasında havaya maruz kalma süresini azaltabilir ve aynı zamanda oksidasyon riskini de azaltabilir. Örneğin, aşındırma işleminden lehim maskesine geçişi hızlı bir şekilde tamamlamak için otomatik ekipman kullanılarak gereksiz bekleme süresi önlenebilir. Baskılı devre kartı imalatının belirli aşamalarında bakır yüzeyleri işlemek için antioksidan solüsyonların kullanılması, bir sonraki işlem başlayana kadar kısa bir süre içinde bakır yüzey için geçici koruma sağlayabilir.